JP3537752B2 - バイオチップを用いたハイブリダイゼーション反応の実験結果表示方法及び実験誤差評価方法 - Google Patents
バイオチップを用いたハイブリダイゼーション反応の実験結果表示方法及び実験誤差評価方法Info
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- G16B—BIOINFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR GENETIC OR PROTEIN-RELATED DATA PROCESSING IN COMPUTATIONAL MOLECULAR BIOLOGY
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- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の遺伝子とハ
イブリダイズさせることによって得られた遺伝子発現デ
ータの表示及び評価に関し、そのデータを得る実験過程
における実験の失敗・誤差を検出するときに視覚的にわ
かりやすい形式によって表示するための表示方法及び評
価方法に関する。
イブリダイズさせることによって得られた遺伝子発現デ
ータの表示及び評価に関し、そのデータを得る実験過程
における実験の失敗・誤差を検出するときに視覚的にわ
かりやすい形式によって表示するための表示方法及び評
価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ゲノム配列が決定された種の増加に伴
い、進化に対応すると見られる遺伝子を見つけ出し、ど
の生物も共通に持っていると考えられる遺伝子の集合を
探索する、また、逆に種に個別な特徴を推測するため、
種間の遺伝子の違いから何かを見出そうとする、いわゆ
るゲノム比較法が盛んに行われてきた。
い、進化に対応すると見られる遺伝子を見つけ出し、ど
の生物も共通に持っていると考えられる遺伝子の集合を
探索する、また、逆に種に個別な特徴を推測するため、
種間の遺伝子の違いから何かを見出そうとする、いわゆ
るゲノム比較法が盛んに行われてきた。
【０００３】しかし近年、バイオチップやＤＮＡチップ
（以下、バイオチップという）に代表されるインフラス
トラクチャの発達によって、分子生物学の興味は、種間
の情報から種内の情報へ、すなわち同時発現解析へと移
りつつあり、これまでの種間の比較と合わせて、情報の
抽出から関連付けの場が大きく広がりを持ち始めてい
る。
（以下、バイオチップという）に代表されるインフラス
トラクチャの発達によって、分子生物学の興味は、種間
の情報から種内の情報へ、すなわち同時発現解析へと移
りつつあり、これまでの種間の比較と合わせて、情報の
抽出から関連付けの場が大きく広がりを持ち始めてい
る。
【０００４】例えば、既知の遺伝子と同一の発現パター
ンを示す未知の遺伝子が見つかれば、その遺伝子には既
知の遺伝子と同様の機能があると類推できる。これら遺
伝子や蛋白質そのものの機能的な意味付けは、機能ユニ
ットや機能グループといった形で研究されている。また
それらの間の相互作用も、既知の酵素反応データや物質
代謝データとの対応付けによって、あるいはより直接的
に、ある遺伝子を破壊あるいは過剰反応させ、その遺伝
子の発現をなくすか、あるいは多量に発現させ、その遺
伝子の直接的及び間接的影響を、全遺伝子の発現パター
ンを調べることによって解析している。
ンを示す未知の遺伝子が見つかれば、その遺伝子には既
知の遺伝子と同様の機能があると類推できる。これら遺
伝子や蛋白質そのものの機能的な意味付けは、機能ユニ
ットや機能グループといった形で研究されている。また
それらの間の相互作用も、既知の酵素反応データや物質
代謝データとの対応付けによって、あるいはより直接的
に、ある遺伝子を破壊あるいは過剰反応させ、その遺伝
子の発現をなくすか、あるいは多量に発現させ、その遺
伝子の直接的及び間接的影響を、全遺伝子の発現パター
ンを調べることによって解析している。
【０００５】遺伝子の発現パターンを調べるとき、バイ
オチップを用いた実験では、まず調べたい生体組織に関
するエレメントを用意しておく。ここで、エレメントと
は実験対象の生体組織に関係するＤＮＡを断片化したも
のであり、このエレメントを、スライドガラスやシリコ
ンなどの基板上に、１平方センチメートル当たり数百か
ら数千の密度でスポッティングし固定化したものがバイ
オチップである。また、サンプルとは実験対象の生体組
織から抽出したＤＮＡを断片化したもの又はＲＮＡであ
り、バイオチップ上のエレメントと反応させるものを指
す。細胞中の遺伝子が発現するときＤＮＡはＲＮＡに転
写される。このＲＮＡを抽出し、蛍光標識してサンプル
とする。サンプルとエレメントとを反応させると、相補
的な関係にある一本鎖同士が互いに結合されハイブリダ
イゼーションする。バイオチップでは、ハイブリダイゼ
ーションを用い、生体組織での遺伝子の発現状態を定量
的又は定性的に検出することができる。
オチップを用いた実験では、まず調べたい生体組織に関
するエレメントを用意しておく。ここで、エレメントと
は実験対象の生体組織に関係するＤＮＡを断片化したも
のであり、このエレメントを、スライドガラスやシリコ
ンなどの基板上に、１平方センチメートル当たり数百か
ら数千の密度でスポッティングし固定化したものがバイ
オチップである。また、サンプルとは実験対象の生体組
織から抽出したＤＮＡを断片化したもの又はＲＮＡであ
り、バイオチップ上のエレメントと反応させるものを指
す。細胞中の遺伝子が発現するときＤＮＡはＲＮＡに転
写される。このＲＮＡを抽出し、蛍光標識してサンプル
とする。サンプルとエレメントとを反応させると、相補
的な関係にある一本鎖同士が互いに結合されハイブリダ
イゼーションする。バイオチップでは、ハイブリダイゼ
ーションを用い、生体組織での遺伝子の発現状態を定量
的又は定性的に検出することができる。
【０００６】この分野において成功した事例として、東
大医科研による薬の有効性に関する実験結果の報告があ
る（T. Tsunoda et al.: Discrimination of Drug Sens
itivity of Cancer Using cDNA Microarray and Multiv
ariate Statistical Analysis: Genome Informatics 19
99 (1999, Dec.) pp.227-228, Universal Academy Pres
s Inc.）。実験では、正常細胞から抽出したＲＮＡと癌
細胞から抽出したＲＮＡを各々異なる色の蛍光色素で標
識した上で混合し、バイオチップ上でエレメント（遺伝
子）とイブリダイズさせた後、双方の蛍光色素から発生
される蛍光シグナルの強度を測定している。
大医科研による薬の有効性に関する実験結果の報告があ
る（T. Tsunoda et al.: Discrimination of Drug Sens
itivity of Cancer Using cDNA Microarray and Multiv
ariate Statistical Analysis: Genome Informatics 19
99 (1999, Dec.) pp.227-228, Universal Academy Pres
s Inc.）。実験では、正常細胞から抽出したＲＮＡと癌
細胞から抽出したＲＮＡを各々異なる色の蛍光色素で標
識した上で混合し、バイオチップ上でエレメント（遺伝
子）とイブリダイズさせた後、双方の蛍光色素から発生
される蛍光シグナルの強度を測定している。
【０００７】図１６は、この実験によって得られる各遺
伝子の発現状態の表示方法を模式的に示した図である。
この表示はバイオチップ上の遺伝子にハイブリダイズし
た蛍光シグナルのデータをプロットしたもので、片方の
軸に正常細胞、他方の軸に癌細胞の蛍光シグナルをとっ
ている。図中の一つのプロットが一つの遺伝子に対応す
る。データの分析においては、ある一定以上の蛍光シグ
ナルが出ている遺伝子に関して、正常細胞のシグナルと
癌細胞のシグナルの比に着目して、疾病に特異的な遺伝
子の候補を絞り込んでいる。具体的には、図１６の領域
Ａに入る遺伝子（正常細胞中で働いているが癌細胞中で
は働かなくなるもの）と領域Ｂに入る遺伝子（癌細胞中
で働くが正常細胞中では働かなくなるもの）を特に選び
出している。このような表示方法をとることで、特定の
疾病に特異的に働く遺伝子の候補を絞り込むことが可能
となっている。
伝子の発現状態の表示方法を模式的に示した図である。
この表示はバイオチップ上の遺伝子にハイブリダイズし
た蛍光シグナルのデータをプロットしたもので、片方の
軸に正常細胞、他方の軸に癌細胞の蛍光シグナルをとっ
ている。図中の一つのプロットが一つの遺伝子に対応す
る。データの分析においては、ある一定以上の蛍光シグ
ナルが出ている遺伝子に関して、正常細胞のシグナルと
癌細胞のシグナルの比に着目して、疾病に特異的な遺伝
子の候補を絞り込んでいる。具体的には、図１６の領域
Ａに入る遺伝子（正常細胞中で働いているが癌細胞中で
は働かなくなるもの）と領域Ｂに入る遺伝子（癌細胞中
で働くが正常細胞中では働かなくなるもの）を特に選び
出している。このような表示方法をとることで、特定の
疾病に特異的に働く遺伝子の候補を絞り込むことが可能
となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなバイオチ
ップのデータ分析を行うためには、そのデータ自体の信
頼性が保証されたものである必要がある。すなわち同一
環境のもとに実験を行ったとき、結果に再現性がなけれ
ばならない。しかし、実際のバイオチップ作製とバイオ
チップを用いた実験の一連の技術は、発展途上の段階で
再現性が完全には保証されていない状況である。この原
因としては、バイオチップにスポットするエレメントの
分量が一定でないこと、温度や湿度などの環境の変化に
技術が対応しきれていないことなどが挙げられる。さら
に、バイオチップ上でハイブリダイゼーションの反応効
率を一定に維持する技術や、ハイブリダイゼーション後
の蛍光の読み取り精度等に関しても実験技術的に完全に
確立されているとは言い難い。つまり、これら一連の実
験より得られるデータにどこまで信頼性があるのか不明
な点が多いのが現状である。
ップのデータ分析を行うためには、そのデータ自体の信
頼性が保証されたものである必要がある。すなわち同一
環境のもとに実験を行ったとき、結果に再現性がなけれ
ばならない。しかし、実際のバイオチップ作製とバイオ
チップを用いた実験の一連の技術は、発展途上の段階で
再現性が完全には保証されていない状況である。この原
因としては、バイオチップにスポットするエレメントの
分量が一定でないこと、温度や湿度などの環境の変化に
技術が対応しきれていないことなどが挙げられる。さら
に、バイオチップ上でハイブリダイゼーションの反応効
率を一定に維持する技術や、ハイブリダイゼーション後
の蛍光の読み取り精度等に関しても実験技術的に完全に
確立されているとは言い難い。つまり、これら一連の実
験より得られるデータにどこまで信頼性があるのか不明
な点が多いのが現状である。
【０００９】図１７は、バイオチップの実験結果をスキ
ャナで読み取った時のイメージデータの模式図である。
今まで研究者は、このようなバイオチップの読み取りイ
メージを目視して、そのバイオチップによる実験データ
の採用・不採用を判断していた。例えば、読み取ったイ
メージデータが全体的に暗いとき（発現が観測されなか
ったとき）や一部のみ明るいとき、一部しか発現しなか
ったときなどに、そのバイオチップの実験データを不採
用と判断していた。このようなことは、ハイブリダイゼ
ーション反応が成功していなかったときや、バイオチッ
プの基板に傷が入っていたとき、バイオチップ上のスポ
ットの量が場所によって均一でなかったりしたときに起
こるとされているが、明確な原因は突き止められていな
い。
ャナで読み取った時のイメージデータの模式図である。
今まで研究者は、このようなバイオチップの読み取りイ
メージを目視して、そのバイオチップによる実験データ
の採用・不採用を判断していた。例えば、読み取ったイ
メージデータが全体的に暗いとき（発現が観測されなか
ったとき）や一部のみ明るいとき、一部しか発現しなか
ったときなどに、そのバイオチップの実験データを不採
用と判断していた。このようなことは、ハイブリダイゼ
ーション反応が成功していなかったときや、バイオチッ
プの基板に傷が入っていたとき、バイオチップ上のスポ
ットの量が場所によって均一でなかったりしたときに起
こるとされているが、明確な原因は突き止められていな
い。
【００１０】現在、バイオチップを作製する側からする
と、バイオチップ作製工程における技術の精度を向上さ
せ、誤差を抑えて信頼性の高いバイオチップを大量に作
製できる技術を確立することが急務である。そのために
は、バイオチップの作製精度あるいは作製誤差を正確に
知るための評価方法あるいはツールが必要である。一
方、バイオチップを使用して実験を行う研究者の側から
すれば、バイオチップの実験結果を検証することによ
り、その実験結果の採用・不採用を決定し、不採用の場
合にはその原因の詳細を突き止めるための評価方法ある
いはツールがあれば便利である。このように、バイオチ
ップの作製・実験工程におけるどの部分で、どのような
不具合が生じたのかを知り、結果をその後のバイオチッ
プ作製あるいは実験に反映させるための評価方法が求め
られている。本発明は、このようなバイオチップ製造者
及びバイオチップ利用者双方の要望に応え、実験後のバ
イオチップのデータからバイオチップの作製工程あるい
は実験工程における不具合を把握するために有効な方法
を提供することを目的とする。
と、バイオチップ作製工程における技術の精度を向上さ
せ、誤差を抑えて信頼性の高いバイオチップを大量に作
製できる技術を確立することが急務である。そのために
は、バイオチップの作製精度あるいは作製誤差を正確に
知るための評価方法あるいはツールが必要である。一
方、バイオチップを使用して実験を行う研究者の側から
すれば、バイオチップの実験結果を検証することによ
り、その実験結果の採用・不採用を決定し、不採用の場
合にはその原因の詳細を突き止めるための評価方法ある
いはツールがあれば便利である。このように、バイオチ
ップの作製・実験工程におけるどの部分で、どのような
不具合が生じたのかを知り、結果をその後のバイオチッ
プ作製あるいは実験に反映させるための評価方法が求め
られている。本発明は、このようなバイオチップ製造者
及びバイオチップ利用者双方の要望に応え、実験後のバ
イオチップのデータからバイオチップの作製工程あるい
は実験工程における不具合を把握するために有効な方法
を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明では、バイオチッ
プの読み取りデータに含まれる誤差をビジュアル表示す
ること、また、その誤差を定量化することによって前記
目的を達成する。具体的には、１枚のバイオチップ上に
設定された複数の区画のそれぞれに希釈度の異なる同一
種類のコントロールを複数スポットし、各々異なる蛍光
色素で標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプ
ルを用いてハイブリダイゼーション反応を行う。そし
て、ハイブリダイゼーション反応後のコントロールから
得られる２種類の蛍光シグナル計測データを区画ごとに
一つのグラフ上にプロットし、これらをバイオチップ上
に設定されたそれぞれの区画の位置に合わせて一つの画
面上に表示して比較する。また、コントロール計測値の
ばらつき度合いに関し、縦軸と横軸にそれぞれの蛍光シ
グナル強度をとって各コントロールの計測値をプロット
したときのプロット配列の直線性、あるいはプロット配
列を近似する直線の角度を調べることにより、実験誤差
を定量化する。
プの読み取りデータに含まれる誤差をビジュアル表示す
ること、また、その誤差を定量化することによって前記
目的を達成する。具体的には、１枚のバイオチップ上に
設定された複数の区画のそれぞれに希釈度の異なる同一
種類のコントロールを複数スポットし、各々異なる蛍光
色素で標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプ
ルを用いてハイブリダイゼーション反応を行う。そし
て、ハイブリダイゼーション反応後のコントロールから
得られる２種類の蛍光シグナル計測データを区画ごとに
一つのグラフ上にプロットし、これらをバイオチップ上
に設定されたそれぞれの区画の位置に合わせて一つの画
面上に表示して比較する。また、コントロール計測値の
ばらつき度合いに関し、縦軸と横軸にそれぞれの蛍光シ
グナル強度をとって各コントロールの計測値をプロット
したときのプロット配列の直線性、あるいはプロット配
列を近似する直線の角度を調べることにより、実験誤差
を定量化する。
【００１２】バイオチップを用いた実験では、バイオチ
ップ上のスポットの量や、スポットに含まれるＤＮＡ、
ＲＮＡ、ｃＤＮＡ等のエレメントの量、ハイブリダイゼ
ーションの反応の差などの理由から、バイオチップ間あ
るいはバイオチップ内の位置によって、観測される蛍光
シグナルと本来の発現の度合いとの間にずれが生じるこ
とがある。そこで、それらの差を補正するために、コン
トロールと呼ばれるものをバイオチップ上に配置する。
コントロールとしては、例えば、個体を維持するために
各細胞で一定の発現をしているハウスキーピングとよば
れる遺伝子が用いられる。この他にも、動物の実験に対
して植物だけしか発現しないような必ず発現しないこと
が保証されている遺伝子や、遺伝子とは関係のない蛍光
色素などが用いられる。これをスポットとしてバイオチ
ップに載せて蛍光シグナルの基準値とする。通常、コン
トロールは蛍光シグナルの基準値としてデータを補正す
るために用いられるが、本発明ではデータのばらつき度
合いを測るために用いる。
ップ上のスポットの量や、スポットに含まれるＤＮＡ、
ＲＮＡ、ｃＤＮＡ等のエレメントの量、ハイブリダイゼ
ーションの反応の差などの理由から、バイオチップ間あ
るいはバイオチップ内の位置によって、観測される蛍光
シグナルと本来の発現の度合いとの間にずれが生じるこ
とがある。そこで、それらの差を補正するために、コン
トロールと呼ばれるものをバイオチップ上に配置する。
コントロールとしては、例えば、個体を維持するために
各細胞で一定の発現をしているハウスキーピングとよば
れる遺伝子が用いられる。この他にも、動物の実験に対
して植物だけしか発現しないような必ず発現しないこと
が保証されている遺伝子や、遺伝子とは関係のない蛍光
色素などが用いられる。これをスポットとしてバイオチ
ップに載せて蛍光シグナルの基準値とする。通常、コン
トロールは蛍光シグナルの基準値としてデータを補正す
るために用いられるが、本発明ではデータのばらつき度
合いを測るために用いる。
【００１３】本発明では、バイオチップ自体の実験誤差
の検出にコントロールの計測データを使用し、それらを
区画ごとに一つのグラフ上にプロットし、これらをすべ
てバイオチップの位置に合わせて一つの画面上に並べて
表示する方式をとる。また、本発明ではこのコントロー
ルの計測データのばらつきの度合いを定量化するため、
二つの方法を用意する。一つはコントロール計測データ
の直線性に着目したものである。すなわち、コントロー
ルの希釈度が異なっても２種類の蛍光シグナルの強度比
が一定になるという仮定のもと、異なる希釈度を有する
複数のコントロール計測データのプロットに近似する直
線を求め、決定係数とよばれるプロットした点が直線に
近いかどうかを表す尺度で定量的に考察する。近似直線
の決定係数を測定することにより評価を行い、誤差を定
量化することが可能になる。もう一つは、コントロール
計測データのプロットのグラフ上での仰角に着目したも
のである。すなわち、原点からプロットした点の仰角を
求めることにより誤差を定量化する。
の検出にコントロールの計測データを使用し、それらを
区画ごとに一つのグラフ上にプロットし、これらをすべ
てバイオチップの位置に合わせて一つの画面上に並べて
表示する方式をとる。また、本発明ではこのコントロー
ルの計測データのばらつきの度合いを定量化するため、
二つの方法を用意する。一つはコントロール計測データ
の直線性に着目したものである。すなわち、コントロー
ルの希釈度が異なっても２種類の蛍光シグナルの強度比
が一定になるという仮定のもと、異なる希釈度を有する
複数のコントロール計測データのプロットに近似する直
線を求め、決定係数とよばれるプロットした点が直線に
近いかどうかを表す尺度で定量的に考察する。近似直線
の決定係数を測定することにより評価を行い、誤差を定
量化することが可能になる。もう一つは、コントロール
計測データのプロットのグラフ上での仰角に着目したも
のである。すなわち、原点からプロットした点の仰角を
求めることにより誤差を定量化する。
【００１４】これらの結果から、バイオチップの作製・
実験工程における実験条件の変化などと照らし合わせる
ことにより、バイオチップの実験工程のどこでミスが生
じたのか推測することが可能となる。例えば誤差の原因
となるものとして、気温、湿度等の環境によるスポット
の液量の変化、ハイブリダイゼーション反応の不均一
性、ハイブリダイゼーション反応後のバイオチップの洗
浄不足、スポットからの蛍光を計測するとバイオチップ
基板の傾きによる蛍光測定装置のスキャニング誤差、バ
イオチップ基板の歪み、空気中・溶液中に存在する塵に
よるスキャニングの誤差、バイオチップ基板がもともと
発する蛍光、スキャナの光電子増倍管のノイズ等が挙げ
られる。これらと、本発明によって得られる誤差の定量
化した値とを関連付けることにより、再度実験を行った
とき、その実験結果から誤差の原因が何であるかをき止
めるための推測を支援することが出来る。
実験工程における実験条件の変化などと照らし合わせる
ことにより、バイオチップの実験工程のどこでミスが生
じたのか推測することが可能となる。例えば誤差の原因
となるものとして、気温、湿度等の環境によるスポット
の液量の変化、ハイブリダイゼーション反応の不均一
性、ハイブリダイゼーション反応後のバイオチップの洗
浄不足、スポットからの蛍光を計測するとバイオチップ
基板の傾きによる蛍光測定装置のスキャニング誤差、バ
イオチップ基板の歪み、空気中・溶液中に存在する塵に
よるスキャニングの誤差、バイオチップ基板がもともと
発する蛍光、スキャナの光電子増倍管のノイズ等が挙げ
られる。これらと、本発明によって得られる誤差の定量
化した値とを関連付けることにより、再度実験を行った
とき、その実験結果から誤差の原因が何であるかをき止
めるための推測を支援することが出来る。
【００１５】すなわち、本発明によるバイオチップを用
いたハイブリダイゼーション反応の実験結果表示方法
は、複数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの
区画に同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数ス
ポットされているバイオチップを用い、各々異なる蛍光
色素で標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプ
ルによるハイブリダイゼーション反応後に前記コントロ
ールから得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各
区画ごとに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸
と横軸にとった一つのグラフ上にプロットし、各区画ご
とのグラフをバイオチップ上に設定されたそれぞれの区
画の位置に合わせて一つの画面上に表示することを特徴
とする。
いたハイブリダイゼーション反応の実験結果表示方法
は、複数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの
区画に同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数ス
ポットされているバイオチップを用い、各々異なる蛍光
色素で標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプ
ルによるハイブリダイゼーション反応後に前記コントロ
ールから得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各
区画ごとに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸
と横軸にとった一つのグラフ上にプロットし、各区画ご
とのグラフをバイオチップ上に設定されたそれぞれの区
画の位置に合わせて一つの画面上に表示することを特徴
とする。
【００１６】本発明によるバイオチップを用いたハイブ
リダイゼーション反応の実験結果表示方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ご
とに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸
にとった一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当
該プロットの近似直線と各プロットとの決定係数を求
め、各区画の決定係数を区画に対応させてグラフ表示す
ることを特徴とする。
リダイゼーション反応の実験結果表示方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ご
とに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸
にとった一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当
該プロットの近似直線と各プロットとの決定係数を求
め、各区画の決定係数を区画に対応させてグラフ表示す
ることを特徴とする。
【００１７】本発明によるバイオチップを用いたハイブ
リダイゼーション反応の実験結果表示方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光色素の蛍光シグナル計測データ
を各区画ごとに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を
縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロットしたとき
得られる当該プロットと原点とを結んだ直線と横軸との
仰角の最大値、最小値、平均値を各区画に対応させてグ
ラフ表示することを特徴とする。
リダイゼーション反応の実験結果表示方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光色素の蛍光シグナル計測データ
を各区画ごとに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を
縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロットしたとき
得られる当該プロットと原点とを結んだ直線と横軸との
仰角の最大値、最小値、平均値を各区画に対応させてグ
ラフ表示することを特徴とする。
【００１８】本発明によるバイオチップを用いたハイブ
リダイゼーション反応の実験誤差評価方法は、複数の区
画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に同一種
類のコントロールが希釈度を変えて複数スポットされて
いるバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で標識し
た２種類のサンプルを混合した混合サンプルによるハイ
ブリダイゼーション反応後に前記コントロールから得ら
れる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ごとに２
種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸にとっ
た一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当該プロ
ットの近似直線と各プロットとの決定係数を用いて実験
誤差を評価することを特徴とする。
リダイゼーション反応の実験誤差評価方法は、複数の区
画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に同一種
類のコントロールが希釈度を変えて複数スポットされて
いるバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で標識し
た２種類のサンプルを混合した混合サンプルによるハイ
ブリダイゼーション反応後に前記コントロールから得ら
れる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ごとに２
種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸にとっ
た一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当該プロ
ットの近似直線と各プロットとの決定係数を用いて実験
誤差を評価することを特徴とする。
【００１９】本発明によるバイオチップを用いたハイブ
リダイゼーション反応の実験誤差評価方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ご
とに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸
にとった一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当
該プロットと原点とを結んだ直線と横軸との仰角を用い
て実験誤差を評価することを特徴とする。仰角として
は、その最大値と最小値と平均値を用いることが好まし
い。
リダイゼーション反応の実験誤差評価方法は、また、複
数の区画に分割されたスポット領域のそれぞれの区画に
同一種類のコントロールが希釈度を変えて複数スポット
されているバイオチップを用い、各々異なる蛍光色素で
標識した２種類のサンプルを混合した混合サンプルによ
るハイブリダイゼーション反応後に前記コントロールか
ら得られる２種類の蛍光シグナル計測データを各区画ご
とに２種類の蛍光色素の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸
にとった一つのグラフ上にプロットしたとき得られる当
該プロットと原点とを結んだ直線と横軸との仰角を用い
て実験誤差を評価することを特徴とする。仰角として
は、その最大値と最小値と平均値を用いることが好まし
い。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明のシステム構成例
を示す図である。本発明のシステムは、一連の細胞のプ
ロセスにおいて遺伝子の発現の度合いを数値化したもの
を遺伝子発現データとして格納している記憶装置100、
その発現データを視覚化して表示するための表示装置10
1、本システムへの値の入力や選択の操作を行うための
キーボード102やマウス103などの入力装置、コントロー
ルのデータの値より実験誤差の定量化処理を行う処理部
104から構成される。処理部104では、グラフ上における
コントロールスポットのプロット、誤差の定量化処理
（直線性、仰角の計算）を行う。
施の形態を説明する。図１は、本発明のシステム構成例
を示す図である。本発明のシステムは、一連の細胞のプ
ロセスにおいて遺伝子の発現の度合いを数値化したもの
を遺伝子発現データとして格納している記憶装置100、
その発現データを視覚化して表示するための表示装置10
1、本システムへの値の入力や選択の操作を行うための
キーボード102やマウス103などの入力装置、コントロー
ルのデータの値より実験誤差の定量化処理を行う処理部
104から構成される。処理部104では、グラフ上における
コントロールスポットのプロット、誤差の定量化処理
（直線性、仰角の計算）を行う。
【００２１】図２に、記憶装置100に格納されている遺
伝子発現データの具体例を示す。このデータは、各種の
遺伝子に対して正常の細胞Ａと疾病に罹患した細胞Ｂと
を比較した実験データを示している。実験の結果は、遺
伝子IDをインデックスとする発現量（各細胞に標識した
蛍光シグナルの測定値）として表にまとめてある。表中
の数値は、例えば遺伝子ID１番の遺伝子に関して、バイ
オチップ上のハイブリダイゼーション反応で正常細胞Ａ
の蛍光シグナルが1,234という数値で計測され、疾病に
罹った細胞Ｂの蛍光シグナルが56という数値で計測され
た、ということを表している。対象遺伝子の総数は実験
により異なるが、現在のバイオチップでは数百のものか
ら数万のオーダーのものまである。
伝子発現データの具体例を示す。このデータは、各種の
遺伝子に対して正常の細胞Ａと疾病に罹患した細胞Ｂと
を比較した実験データを示している。実験の結果は、遺
伝子IDをインデックスとする発現量（各細胞に標識した
蛍光シグナルの測定値）として表にまとめてある。表中
の数値は、例えば遺伝子ID１番の遺伝子に関して、バイ
オチップ上のハイブリダイゼーション反応で正常細胞Ａ
の蛍光シグナルが1,234という数値で計測され、疾病に
罹った細胞Ｂの蛍光シグナルが56という数値で計測され
た、ということを表している。対象遺伝子の総数は実験
により異なるが、現在のバイオチップでは数百のものか
ら数万のオーダーのものまである。
【００２２】図３は、バイオチップの一例を示す模式図
である。一枚のバイオチップ300はいくつかの区画301に
区切られている。図示したバイオチップ300の例では、
縦横４つずつ区切られた合計１６の区画に分割されてい
る。そして、それぞれの区画301には、複数のコントロ
ールのスポット302と、サンプルとハイブリダイズする
遺伝子、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ等のエレメントのスポット
303が用意されている。一枚のバイオチップ300上の全て
のコントロールのスポット302には同じコントロール物
質がスポットされている。コントロールとしては、前述
のようにハウスキーピング遺伝子、必ず発現しないこと
が保証されている遺伝子、蛍光色素などを用いることが
できる。
である。一枚のバイオチップ300はいくつかの区画301に
区切られている。図示したバイオチップ300の例では、
縦横４つずつ区切られた合計１６の区画に分割されてい
る。そして、それぞれの区画301には、複数のコントロ
ールのスポット302と、サンプルとハイブリダイズする
遺伝子、ＤＮＡ断片、ＲＮＡ等のエレメントのスポット
303が用意されている。一枚のバイオチップ300上の全て
のコントロールのスポット302には同じコントロール物
質がスポットされている。コントロールとしては、前述
のようにハウスキーピング遺伝子、必ず発現しないこと
が保証されている遺伝子、蛍光色素などを用いることが
できる。
【００２３】コントロールは何種類かの濃度に希釈して
スポットする。図４には、コントロールを４種類の濃度
（コントロールの原液、１０分の１希釈液、１００分の
１希釈液、１０００分の１希釈液）に分けて、それらに
対応する蛍光シグナルのデータをグラフにプロットした
ものを示している。このときコントロールには、正常細
胞か否かに関わらず一定の発現量を示すことが知られて
いる既知の遺伝子などを利用するので、蛍光シグナルデ
ータは本来ならば図４に示すような４５度の直線上に、
希釈の度合いに応じた間隔で並ぶべきである。なぜな
ら、図４では、Ｙ軸に正常細胞のサンプルに標識した蛍
光色素のシグナルをとり、Ｘ軸に癌細胞のサンプルに標
識した蛍光色素のシグナルをとっているが、コントロー
ルはどちらの細胞においても均等に含まれる遺伝子を用
いるため２種類の蛍光シグナルの強度は均等になるから
である。
スポットする。図４には、コントロールを４種類の濃度
（コントロールの原液、１０分の１希釈液、１００分の
１希釈液、１０００分の１希釈液）に分けて、それらに
対応する蛍光シグナルのデータをグラフにプロットした
ものを示している。このときコントロールには、正常細
胞か否かに関わらず一定の発現量を示すことが知られて
いる既知の遺伝子などを利用するので、蛍光シグナルデ
ータは本来ならば図４に示すような４５度の直線上に、
希釈の度合いに応じた間隔で並ぶべきである。なぜな
ら、図４では、Ｙ軸に正常細胞のサンプルに標識した蛍
光色素のシグナルをとり、Ｘ軸に癌細胞のサンプルに標
識した蛍光色素のシグナルをとっているが、コントロー
ルはどちらの細胞においても均等に含まれる遺伝子を用
いるため２種類の蛍光シグナルの強度は均等になるから
である。
【００２４】ハイブリダイゼーション実験は、図３に示
したバイオチップを用い、２種類の細胞から抽出したそ
れぞれ異なる蛍光色素で標識したＲＮＡ、例えば正常細
胞から抽出したＲＮＡとガン細胞から抽出したＲＮＡを
等量ずつ混合したものをサンプルとして用いて行う。ハ
イブリダイゼーション終了後に、バイオチップに励起光
を照射し、バイオチップの各区画にプロットされている
コントロールスポット及びエレメントスポットから放出
される２種類の蛍光シグナル強度を測定し、遺伝子発現
データとして取り込む。
したバイオチップを用い、２種類の細胞から抽出したそ
れぞれ異なる蛍光色素で標識したＲＮＡ、例えば正常細
胞から抽出したＲＮＡとガン細胞から抽出したＲＮＡを
等量ずつ混合したものをサンプルとして用いて行う。ハ
イブリダイゼーション終了後に、バイオチップに励起光
を照射し、バイオチップの各区画にプロットされている
コントロールスポット及びエレメントスポットから放出
される２種類の蛍光シグナル強度を測定し、遺伝子発現
データとして取り込む。
【００２５】図５は、本発明による遺伝子実験データ表
示方法の一例の概略処理フローを示した図である。この
処理フローに従って順次説明する。まず、ステップ500
において、図１に示す記憶手段100から処理部104へ遺伝
子発現データを読み込む。次に、ステップ501におい
て、バイオチップ上のコントロールデータを区画ごとに
プロットし、それを一つの画面上にバイオチップ上の各
区画に対応した形で表示する。
示方法の一例の概略処理フローを示した図である。この
処理フローに従って順次説明する。まず、ステップ500
において、図１に示す記憶手段100から処理部104へ遺伝
子発現データを読み込む。次に、ステップ501におい
て、バイオチップ上のコントロールデータを区画ごとに
プロットし、それを一つの画面上にバイオチップ上の各
区画に対応した形で表示する。
【００２６】例えば図３に示したバイオチップでは、縦
横４つずつの合計１６の区画に分割されており、各区画
にはそれぞれ複数のコントロール302がプロットされて
いる。各区画にプロットされているコントロールは全て
同一種類のコントロールである。ここでは、各区画を一
意に決めるため、区画IDとして図６に示すように左から
ａ番目、上からｂ番目の区画を（ａ，ｂ）区画と定義す
ることにする。各区画毎に濃度の異なる各コントロール
から得られる２種類の蛍光シグナルを、一方の軸に正常
細胞から抽出したＲＮＡに標識した蛍光色素からの蛍光
シグナル強度を取り、他方の軸に癌細胞から抽出したＲ
ＮＡに標識した蛍光色素からの蛍光シグナル強度をとっ
て、プロットしグラフ表示する。
横４つずつの合計１６の区画に分割されており、各区画
にはそれぞれ複数のコントロール302がプロットされて
いる。各区画にプロットされているコントロールは全て
同一種類のコントロールである。ここでは、各区画を一
意に決めるため、区画IDとして図６に示すように左から
ａ番目、上からｂ番目の区画を（ａ，ｂ）区画と定義す
ることにする。各区画毎に濃度の異なる各コントロール
から得られる２種類の蛍光シグナルを、一方の軸に正常
細胞から抽出したＲＮＡに標識した蛍光色素からの蛍光
シグナル強度を取り、他方の軸に癌細胞から抽出したＲ
ＮＡに標識した蛍光色素からの蛍光シグナル強度をとっ
て、プロットしグラフ表示する。
【００２７】このとき、図７あるいは図８に示すよう
に、一つの画面上に一枚のバイオチップの各区画のグラ
フをバイオチップ上の区画と同様の順番に表示する。こ
の表示により、バイオチップ上のどの区画においてどの
ような反応がおこっているかを視覚的に確認し、一枚の
バイオチップ全体としての実験誤差の発生状況を把握す
るのに有効なビジュアル表示を提供できる。例えば、図
７に示すように、全ての区画について、プロットが傾き
約４５゜の直線に乗る同様なグラフが得られたとすれ
ば、バイオチップの製造に問題はなく、また、ハイブリ
ダイゼーション反応は各区画で均一に生じていると推定
できる。一方、図８に示すように、特定の区画（図の場
合、右下の区画）のコントロールに対する計測結果が他
の区画と異なった傾向を示している場合には、バイオチ
ップ上の不具合が右下の区画（４，４）において生じて
いることを検出できる。
に、一つの画面上に一枚のバイオチップの各区画のグラ
フをバイオチップ上の区画と同様の順番に表示する。こ
の表示により、バイオチップ上のどの区画においてどの
ような反応がおこっているかを視覚的に確認し、一枚の
バイオチップ全体としての実験誤差の発生状況を把握す
るのに有効なビジュアル表示を提供できる。例えば、図
７に示すように、全ての区画について、プロットが傾き
約４５゜の直線に乗る同様なグラフが得られたとすれ
ば、バイオチップの製造に問題はなく、また、ハイブリ
ダイゼーション反応は各区画で均一に生じていると推定
できる。一方、図８に示すように、特定の区画（図の場
合、右下の区画）のコントロールに対する計測結果が他
の区画と異なった傾向を示している場合には、バイオチ
ップ上の不具合が右下の区画（４，４）において生じて
いることを検出できる。
【００２８】図５に戻り、これらの表示に対して誤差の
定量化を行う場合（図５のステップ502）には、定量化
の方法を選択する（図５のステップ503）。直線性に着
目した方法で定量化する場合、ステップ504，505の処理
を行う。まず、コントロールの希釈濃度によらず２種類
の蛍光シグナルの比が一定になるという仮定のもと、異
なる希釈率の複数のコントロールのプロットに近似する
直線を最小二乗法により求める。そして、複数のプロッ
トが直線に近いかどうかを表す決定係数とよばれる尺度
を用い、直線性を定量的に考察する。ここで、最小二乗
法とは、グラフの点列の分布を直線・曲線・平面などの
式によって近似する方式である。
定量化を行う場合（図５のステップ502）には、定量化
の方法を選択する（図５のステップ503）。直線性に着
目した方法で定量化する場合、ステップ504，505の処理
を行う。まず、コントロールの希釈濃度によらず２種類
の蛍光シグナルの比が一定になるという仮定のもと、異
なる希釈率の複数のコントロールのプロットに近似する
直線を最小二乗法により求める。そして、複数のプロッ
トが直線に近いかどうかを表す決定係数とよばれる尺度
を用い、直線性を定量的に考察する。ここで、最小二乗
法とは、グラフの点列の分布を直線・曲線・平面などの
式によって近似する方式である。
【００２９】図９に示すように、前記近似直線を用いて
蛍光色素Ａのデータから蛍光色素Ｂを予測することを考
える。すなわち、実測値から縦軸方向に降ろした点を予
測値とする。このとき、点の総数をｎ、実測値の座標を
（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）、予測値の座標
を次の〔数１〕とし、ｙｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の平
均値を〔数２〕とするとき、関係式〔数３〕が成立す
る。
蛍光色素Ａのデータから蛍光色素Ｂを予測することを考
える。すなわち、実測値から縦軸方向に降ろした点を予
測値とする。このとき、点の総数をｎ、実測値の座標を
（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）、予測値の座標
を次の〔数１〕とし、ｙｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の平
均値を〔数２〕とするとき、関係式〔数３〕が成立す
る。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
【００３２】
【数３】
【００３３】これは、実測値（ｘｉ，ｙｉ）と全体の平
均値との誤差は、予測値〔数４〕と全体の平均値との誤
差と、観測値と予測値との誤差の和になることを示して
いる。
均値との誤差は、予測値〔数４〕と全体の平均値との誤
差と、観測値と予測値との誤差の和になることを示して
いる。
【００３４】
【数４】
【００３５】そこで、通常あてはまりの良さを評価する
尺度として、決定係数とよばれる量が用いられる。決定
係数Ｒ２とは以下の式で定義される値である。Ｒ２は０
から１までの範囲をとる値で、Ｒ２が１に近いほど当て
はまりがよいと判断することができる。
尺度として、決定係数とよばれる量が用いられる。決定
係数Ｒ２とは以下の式で定義される値である。Ｒ２は０
から１までの範囲をとる値で、Ｒ２が１に近いほど当て
はまりがよいと判断することができる。
【００３６】
【数５】
【００３７】また、蛍光シグナルＢのデータから蛍光シ
グナルＡを予測する近似直線でも、上と同様のことが成
立する。このとき定義される決定係数は、蛍光シグナル
Ａのデータから蛍光シグナルＢを予測する近似直線の決
定係数Ｒ２と等しいことが知られている。ここでは最小
二乗法を用いて直線を近似する例を説明したが、この他
にも図１０に示すように各点から直線に下ろした垂線の
長さの和が最小になるように直線を決定する方法もあ
る。この時も最小二乗法と同様に決定係数を定義するこ
とができる。
グナルＡを予測する近似直線でも、上と同様のことが成
立する。このとき定義される決定係数は、蛍光シグナル
Ａのデータから蛍光シグナルＢを予測する近似直線の決
定係数Ｒ２と等しいことが知られている。ここでは最小
二乗法を用いて直線を近似する例を説明したが、この他
にも図１０に示すように各点から直線に下ろした垂線の
長さの和が最小になるように直線を決定する方法もあ
る。この時も最小二乗法と同様に決定係数を定義するこ
とができる。
【００３８】図１１に、直線性を用いて定量化した誤差
の結果表示の具体例を示す。この図は、縦軸に決定係数
を、横軸に区画IDをとり、区画間のコントロールの傾向
を調べたものである。図１１（ａ）に示すコントロール
Ａの例では、決定係数はどの区画においてもほぼ１に近
い値を示しており、これらのコントロールでは異なる希
釈のものを並べたときにグラフ上のプロットは直線状に
なることを示している。これに対し、図１１（ｂ）に示
したコントロールＢの例では、区画間で決定係数にばら
つきがあり、蛍光シグナルＡと蛍光シグナルＢの比の値
が安定しないことがわかる。
の結果表示の具体例を示す。この図は、縦軸に決定係数
を、横軸に区画IDをとり、区画間のコントロールの傾向
を調べたものである。図１１（ａ）に示すコントロール
Ａの例では、決定係数はどの区画においてもほぼ１に近
い値を示しており、これらのコントロールでは異なる希
釈のものを並べたときにグラフ上のプロットは直線状に
なることを示している。これに対し、図１１（ｂ）に示
したコントロールＢの例では、区画間で決定係数にばら
つきがあり、蛍光シグナルＡと蛍光シグナルＢの比の値
が安定しないことがわかる。
【００３９】一方、仰角に着目した方法で定量化する場
合、図５のステップ506，507の処理を行う。希釈度の異
なるコントロールについてのデータをグラフ上にプロッ
トしたとき、同じコントロール物質であれば蛍光シグナ
ルＡと蛍光シグナルＢの比が一定になり、各コントロー
ルのプロットは図４に示すように４５度の直線上に並ぶ
はずである。そこで図１２に示すように、バイオチップ
の各区画毎に、異なる希釈度を有する複数のコントロー
ル計測データのプロット（図にはコントロール数が４つ
の場合を示す）の原点に対する最小の仰角・最大の仰角
及び仰角の平均値を求める。
合、図５のステップ506，507の処理を行う。希釈度の異
なるコントロールについてのデータをグラフ上にプロッ
トしたとき、同じコントロール物質であれば蛍光シグナ
ルＡと蛍光シグナルＢの比が一定になり、各コントロー
ルのプロットは図４に示すように４５度の直線上に並ぶ
はずである。そこで図１２に示すように、バイオチップ
の各区画毎に、異なる希釈度を有する複数のコントロー
ル計測データのプロット（図にはコントロール数が４つ
の場合を示す）の原点に対する最小の仰角・最大の仰角
及び仰角の平均値を求める。
【００４０】図１３に、仰角を用いた定量化の結果表示
の具体例を示す。図１３のグラフは縦軸に仰角の角度を
とり、横軸に区画IDをとり、区画間のコントロールの傾
向を表示したものである。図をみるとわかるように、図
１３（ａ）に示したコントロールＣの例では、どの区画
でも仰角の最大と最小の幅が大きい。これは、コントロ
ールから発せられる２種類の蛍光シグナルの比が一定し
ていないことを表している。また、図１３（ｂ）に示す
コントロールＤの例では、どの区画でも最大と最小の幅
は小さいのでコントロールから発せられる２種類の蛍光
シグナルの比は一定している。しかし、左側の区画ほど
仰角が大きく、また下方の区画ほど仰角が大きい傾向が
あることがわかる。
の具体例を示す。図１３のグラフは縦軸に仰角の角度を
とり、横軸に区画IDをとり、区画間のコントロールの傾
向を表示したものである。図をみるとわかるように、図
１３（ａ）に示したコントロールＣの例では、どの区画
でも仰角の最大と最小の幅が大きい。これは、コントロ
ールから発せられる２種類の蛍光シグナルの比が一定し
ていないことを表している。また、図１３（ｂ）に示す
コントロールＤの例では、どの区画でも最大と最小の幅
は小さいのでコントロールから発せられる２種類の蛍光
シグナルの比は一定している。しかし、左側の区画ほど
仰角が大きく、また下方の区画ほど仰角が大きい傾向が
あることがわかる。
【００４１】バイオチップの実験者は、コントロール計
測データをグラフ上にプロットしたときの直線性や仰角
を定量化したこれらの表示をもとに、実験段階のどこに
誤差が生じているのか推測することができる。例えば、
図１３（ｂ）のような結果表示が得られたときは、バイ
オチップがスキャニング時に傾いていたために、左下の
区画になるほど一方の蛍光シグナルが本来よりも強く観
測され、右上の区画になるほど他方の蛍光シグナルが本
来よりも強く観測され、結果として仰角が上下したこと
が考えられる。つまり、バイオチップ上のスポットは正
確にうたれているが、蛍光を測定する位置の物理的な違
いにより測定値が変化したことが推測される。
測データをグラフ上にプロットしたときの直線性や仰角
を定量化したこれらの表示をもとに、実験段階のどこに
誤差が生じているのか推測することができる。例えば、
図１３（ｂ）のような結果表示が得られたときは、バイ
オチップがスキャニング時に傾いていたために、左下の
区画になるほど一方の蛍光シグナルが本来よりも強く観
測され、右上の区画になるほど他方の蛍光シグナルが本
来よりも強く観測され、結果として仰角が上下したこと
が考えられる。つまり、バイオチップ上のスポットは正
確にうたれているが、蛍光を測定する位置の物理的な違
いにより測定値が変化したことが推測される。
【００４２】また、図１２のスカッタプロットの例を見
ると、コントロール計測データに大きなばらつきがあ
り、グラフ上でのプロットの直線性は低く、仰角の最大
値と最小値との差も大きいことがわかる。これに対し、
図１４の例ではコントロールのデータはグラフ上で直線
上に並んでいるので直線性が高いことがわかる。また、
仰角の最大値と最小値の差は小さいので二つの蛍光シグ
ナルの比はほぼ一定している。しかし、直線全体が４５
度よりも縦軸の方向にずれていることがわかる。このよ
うに直線性、仰角の両方に着目することでコントロール
の状態の詳細な評価が可能となる。
ると、コントロール計測データに大きなばらつきがあ
り、グラフ上でのプロットの直線性は低く、仰角の最大
値と最小値との差も大きいことがわかる。これに対し、
図１４の例ではコントロールのデータはグラフ上で直線
上に並んでいるので直線性が高いことがわかる。また、
仰角の最大値と最小値の差は小さいので二つの蛍光シグ
ナルの比はほぼ一定している。しかし、直線全体が４５
度よりも縦軸の方向にずれていることがわかる。このよ
うに直線性、仰角の両方に着目することでコントロール
の状態の詳細な評価が可能となる。
【００４３】以上のように、図３に示すようなバイオチ
ップ上の各区画にスポットしてある同一種類のコントロ
ールの測定結果を、図７あるいは図８に示すようにバイ
オチップ上の区画に合わせて一つの画面上にすべて表示
することで、バイオチップ全体としての実験誤差の把握
が可能となる。また、コントロールのばらつき度合いに
関し、図９あるいは図１０に示すようにグラフ上に配列
されたスポットの直線性、図１２あるいは図１４に示す
ようにグラフ上に配列されたスポットの仰角を調べるこ
とにより、実験誤差を定量化することが可能となる。
ップ上の各区画にスポットしてある同一種類のコントロ
ールの測定結果を、図７あるいは図８に示すようにバイ
オチップ上の区画に合わせて一つの画面上にすべて表示
することで、バイオチップ全体としての実験誤差の把握
が可能となる。また、コントロールのばらつき度合いに
関し、図９あるいは図１０に示すようにグラフ上に配列
されたスポットの直線性、図１２あるいは図１４に示す
ようにグラフ上に配列されたスポットの仰角を調べるこ
とにより、実験誤差を定量化することが可能となる。
【００４４】この処理を行うにあたって図１５に示すよ
うなインタフェースを用いると操作が容易になる。図１
５に示すインタフェースでは、表示装置に表示されるウ
インドウ1500上に３つの処理をスムーズに行うためのボ
タンを用意した。ボタン1501は全ての区画のコントロー
ルのデータをプロットすることに対応し、ボタン1502は
誤差の定量化において直線性の計算を行うことに対応
し、ボタン1503は誤差の定量化における仰角の計算に対
応する。
うなインタフェースを用いると操作が容易になる。図１
５に示すインタフェースでは、表示装置に表示されるウ
インドウ1500上に３つの処理をスムーズに行うためのボ
タンを用意した。ボタン1501は全ての区画のコントロー
ルのデータをプロットすることに対応し、ボタン1502は
誤差の定量化において直線性の計算を行うことに対応
し、ボタン1503は誤差の定量化における仰角の計算に対
応する。
【００４５】はじめにボタン1501をマウスなどのポイン
ティングデバイスを用いてクリックする。すると、ウイ
ンドウ1500上の表示枠1505には図７に示すように一枚の
バイオチップ上の各区画に対応したそれぞれのスカッタ
プロットが表示される。次に、誤差の定量化ボタンに関
して、ボタン1502をクリックすると上述した直線性の計
算を行い、表示枠1505内のそれぞれの区画ごとに近似直
線が表示される。これに加え、図１１に示したような縦
軸に決定係数、横軸に区画IDをとったグラフがウインド
ウ1506に表示される。また、ボタン1503をクリックする
と、上述したように仰角の計算を行い、図１３に示した
縦軸に仰角の角度、横軸に区画IDをとったグラフがウイ
ンドウ1507に表示される。
ティングデバイスを用いてクリックする。すると、ウイ
ンドウ1500上の表示枠1505には図７に示すように一枚の
バイオチップ上の各区画に対応したそれぞれのスカッタ
プロットが表示される。次に、誤差の定量化ボタンに関
して、ボタン1502をクリックすると上述した直線性の計
算を行い、表示枠1505内のそれぞれの区画ごとに近似直
線が表示される。これに加え、図１１に示したような縦
軸に決定係数、横軸に区画IDをとったグラフがウインド
ウ1506に表示される。また、ボタン1503をクリックする
と、上述したように仰角の計算を行い、図１３に示した
縦軸に仰角の角度、横軸に区画IDをとったグラフがウイ
ンドウ1507に表示される。
【００４６】なお、本発明による実験結果表示方法ある
いは実験誤差評価方法は、コンピュータによって実行す
ることができる。すなわち、これらの処理を行うための
プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに
記録媒体から当該プログラムを読み取らせることによっ
て実行することができる。
いは実験誤差評価方法は、コンピュータによって実行す
ることができる。すなわち、これらの処理を行うための
プログラムを記録媒体に記録しておき、コンピュータに
記録媒体から当該プログラムを読み取らせることによっ
て実行することができる。
【００４７】
【発明の効果】本発明によると、バイオチップ上の実験
データを視覚的にわかりやすく、バイオチップの実験工
程のどこでミスが生じているのか推測しやすい形式によ
って表示することができる。また、ここで得られるグラ
フを直線性と仰角に着目して分析することによって実験
誤差の定量化が可能となる。
データを視覚的にわかりやすく、バイオチップの実験工
程のどこでミスが生じているのか推測しやすい形式によ
って表示することができる。また、ここで得られるグラ
フを直線性と仰角に着目して分析することによって実験
誤差の定量化が可能となる。
【図１】本発明のシステム構成例を示す図。
【図２】遺伝子発現データの具体例を示す図。
【図３】バイオチップのスポット例を示す模式図。
【図４】標準的コントロールデータの表示例を示す図。
【図５】概略処理フローを示す図。
【図６】バイオチップの区画表示例を示す図
【図７】一枚のバイオチップにおけるコントロールのデ
ータの表示例を示す図。
ータの表示例を示す図。
【図８】一枚のバイオチップにおけるコントロールのデ
ータの表示例を示す図。
ータの表示例を示す図。
【図９】コントロールデータの直線性に関する誤差の定
量化の一方法を説明する図。
量化の一方法を説明する図。
【図１０】コントロールデータの直線性に関する誤差の
定量化の他の例を説明する図。
定量化の他の例を説明する図。
【図１１】コントロールデータの直線性に関する誤差の
定量化の結果表示例を示す図。
定量化の結果表示例を示す図。
【図１２】コントロールデータの仰角に関する定量化処
理の説明図。
理の説明図。
【図１３】コントロールデータの仰角に関する誤差の定
量化の結果表示例の図。
量化の結果表示例の図。
【図１４】コントロールデータの直線全体に対する仰角
に関する定量化の表示例を示す図。
に関する定量化の表示例を示す図。
【図１５】一枚のチップにおけるコントロールのデータ
の表示とコントロールデータの直線性に関する誤差の定
量化と仰角に関する誤差の定量化の結果表示の為のイン
タフェース例の図。
の表示とコントロールデータの直線性に関する誤差の定
量化と仰角に関する誤差の定量化の結果表示の為のイン
タフェース例の図。
【図１６】標準的遺伝子発現データ分析結果表示例の
図。
図。
【図１７】スキャナから読み取ったバイオチップのイメ
ージ例を示す図
ージ例を示す図
１００ 遺伝子発現データ記憶装置
１０１ 表示装置
１０２ キーボード
１０３ マウス
１０４ 処理部
３００ バイオチップ
３０１ 区画
３０２ コントロールのスポット
３０３ エレメントのスポット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｎ 33/566 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２
37/00 １０２ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ
(72)発明者 中重 亮
神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地
日立ソフトウエアエンジニアリング株
式会社内
(72)発明者 田村 卓郎
神奈川県横浜市中区尾上町６丁目81番地
日立ソフトウエアエンジニアリング株
式会社内
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 33/53
C12N 15/09
C12Q 1/68
G01N 21/64
G01N 21/78
G01N 33/566
G01N 37/00
Claims (6)
- 【請求項１】 複数の区画に分割されたスポット領域の
それぞれの区画に同一種類のコントロールが希釈度を変
えて複数スポットされているバイオチップを用い、各々
異なる蛍光色素で標識した２種類のサンプルを混合した
混合サンプルによるハイブリダイゼーション反応後に前
記コントロールから得られる２種類の蛍光シグナル計測
データを各区画ごとに前記２種類の蛍光色素の蛍光シグ
ナル強度を縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロッ
トし、各区画ごとのグラフを前記バイオチップ上に設定
されたそれぞれの区画の位置に合わせて一つの画面上に
表示することを特徴とするバイオチップを用いたハイブ
リダイゼーション反応の実験結果表示方法。 - 【請求項２】 複数の区画に分割されたスポット領域の
それぞれの区画に同一種類のコントロールが希釈度を変
えて複数スポットされているバイオチップを用い、各々
異なる蛍光色素で標識した２種類のサンプルを混合した
混合サンプルによるハイブリダイゼーション反応後に前
記コントロールから得られる２種類の蛍光シグナル計測
データを各区画ごとに前記２種類の蛍光色素の蛍光シグ
ナル強度を縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロッ
トしたとき得られる当該プロットの近似直線と各プロッ
トとの決定係数を求め、各区画の決定係数を区画に対応
させてグラフ表示することを特徴とするバイオチップを
用いたハイブリダイゼーション反応の実験結果表示方
法。 - 【請求項３】 複数の区画に分割されたスポット領域の
それぞれの区画に同一種類のコントロールが希釈度を変
えて複数スポットされているバイオチップを用い、各々
異なる蛍光色素で標識した２種類のサンプルを混合した
混合サンプルによるハイブリダイゼーション反応後に前
記コントロールから得られる２種類の蛍光色素の蛍光シ
グナル計測データを各区画ごとに前記２種類の蛍光色素
の蛍光シグナル強度を縦軸と横軸にとった一つのグラフ
上にプロットしたとき得られる当該プロットと原点とを
結んだ直線と横軸との仰角の最大値、最小値、平均値を
各区画に対応させてグラフ表示することを特徴とするバ
イオチップを用いたハイブリダイゼーション反応の実験
結果表示方法。 - 【請求項４】 複数の区画に分割されたスポット領域の
それぞれの区画に同一種類のコントロールが希釈度を変
えて複数スポットされているバイオチップを用い、各々
異なる蛍光色素で標識した２種類のサンプルを混合した
混合サンプルによるハイブリダイゼーション反応後に前
記コントロールから得られる２種類の蛍光シグナル計測
データを各区画ごとに前記２種類の蛍光色素の蛍光シグ
ナル強度を縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロッ
トしたとき得られる当該プロットの近似直線と各プロッ
トとの決定係数を用いて実験誤差を評価することを特徴
とするバイオチップを用いたハイブリダイゼーション反
応の実験誤差評価方法。 - 【請求項５】 複数の区画に分割されたスポット領域の
それぞれの区画に同一種類のコントロールが希釈度を変
えて複数スポットされているバイオチップを用い、各々
異なる蛍光色素で標識した２種類のサンプルを混合した
混合サンプルによるハイブリダイゼーション反応後に前
記コントロールから得られる２種類の蛍光シグナル計測
データを各区画ごとに前記２種類の蛍光色素の蛍光シグ
ナル強度を縦軸と横軸にとった一つのグラフ上にプロッ
トしたとき得られる当該プロットと原点とを結んだ直線
と横軸との仰角を用いて実験誤差を評価することを特徴
とするバイオチップを用いたハイブリダイゼーション反
応の実験誤差評価方法。 - 【請求項６】 請求項５記載のバイオチップを用いたハ
イブリダイゼーション反応の実験誤差評価方法におい
て、 仰角の最大値と最小値と平均値を用いることを特徴とす
るバイオチップを用いたハイブリダイゼーション反応の
実験誤差評価方法。
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- 2001-06-18 US US09/884,833 patent/US6453243B1/en not_active Expired - Lifetime
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